Современные проблемы экологии и природопользования. Учебно-методическое пособие

10.Живое вещество дисперсно: оно состоит из живых организмов. Нет таких морфологических контрастов в косном веществе как в живом, например, различия между бактерией и слоном.

11.Живое вещество никогда не бывает в морфологически чистой форме в виде группы организмов одного вида. Оно всегда представлено в форме сообщества организмов разных видов, т.е. биоценоза.

12.Живое вещество образуется по принципу: все живое от живого. Живое вещество существует в биосфере в форме непрерывной смены одних поколений другими.

13.Количество живого вещества, находящегося на планете в тот или иной момент времени, относительно невелико. Оно представляет собой одевающую Землю пленку толщиной в среднем всего 2 см.

Уровни существования живого вещества

Окружающий нас мир живых организмов биосферы представляет собой сочетание различных биологических систем разной структурной упорядоченности и разного организационного положения. В связи с этим выделяют разные уровни существования живого вещества - от крупных молекул до растений и животных различных организаций.

1.Молекулярный - самый низкий уровень, на котором биологическая система проявляется в виде функционирования биологически активных крупных молекул - белков, нуклеиновых кислот, углеводов.

2.Клеточный - уровень, на котором биологически активные молекулы сочетаются в единую систему.

3.Тканевый - уровень, на котором сочетание однородных клеток образует ткань.

4.Органный - уровень, на котором несколько типов тканей функционально взаимодействуют и образуют определенный орган.

5.Организменный - уровень, на котором взаимодействие ряда органов сводится в единую систему индивидуального организма.

11

6.Популяционно-видовой, где существует совокупность определенных однородных организмов, связанных единством происхождения, образом жизни и местообитанием.

7.Биоценоз и экосистема более высокий уровень организации живой материи, объединяющий разные по видовому составу организмы.

8.Биосферный - уровень, на котором сформировалась природная система наиболее высокого ранга, охватывающая все проявления жизни в пределах нашей планеты.

3.Основные свойства биосферы, развитие биосферы в ноосферу

Биосфере, как и составляющим ее другим экосистемам более низкого ранга, присуща система свойств, которые обеспечивают ее функционирование, саморегулирование, устойчивость и другие параметры. Основные свойсова биосферы:

1.Биосфера централизованная система. Центральным звеном ее выступают живые организмы (живое вещество). Это свойство всесторонне раскрыто В.И. Вернадским, но, к сожалению, часто недооценивается человеком.

2.Биосфера - открытая система Ее существование немыслимо без поступления энергии извне. Она испытывает воздействие космических сил, прежде всего солнечной активности.

3.Биосфера - саморегулирующая система. В настоящее время это свойство называют гомеостазом, т.е. способность возвращаться в исходное состояние.

4.Биосфера - система, характеризующаяся большим разнообразием. Разнообразие - важнейшее свойство всех экосистем. Биосфера как глобальная экосистема характеризуется максимальным разнообразием. В настоящее время описано около 2 млн. видов (примерно 1,5 млн. животных и 0,5 млн. растений). Полагают, однако, что число видов на Земле в 2-3 раза больше, чем их описано. Неучтены многие насекомые и

12

микроорганизмы, особенно в тропических лесах, глубинных частях океанов и в других малоосвоенных местообитаниях.

5.Важное свойство биосферы - наличие в ней механизмов, обеспечивающих круговорот веществ и связанную с ними неисчерпаемость отдельных химических элементов и их соединений.

биосферы, приводит к изменению качественного состава самой биосферы, к ее переходу в ноосферу. Под ноосферой понимают сферу взаимодействия природы и общества, в котором разумная деятельность людей становится главным, определяющим фактором развития. Название «ноосфера» происходит от греческого «ноос» - разум и таким образом обозначает сферу разума. Понятие ноосферы было введено в 1927 г. учеными Леруа и Тейером де Шарденом. В.И. Вернадский, как основатель учения о биосфере, отмечал, что сама живая материя как носитель разума составляет небольшую часть биосферы по массе. Возникновение человеческого общества явилось результатом длительного развития живого вещества в пределах биосферы. Появление человека на Земле предопределило неизбежность возникновение нового состояния биосферы - переход ее в ноосферу, оболочку разума, охваченную целенаправленной деятельностью самого человека.

В XX столетии накопился огромный фактический материал по биосфере, по производственной деятельности человеческого общества. Рождающаяся ноосфера в своих главных проявлениях характеризуется

13

2. Массовым потреблением продуктов фотосинтеза прошлых геологических эпох, главным образом в энергетических целях.

3.Процессы в ноосфере приводят к рассеиванию энергии Земли.

4.В ноосфере создаются в массовом количестве вещества, которые ранее в биосфере отсутствовали.

5.Характерно для ноосферы появление новых трансурановых химических элементов в связи с развитием ядерной технологии.

производственных целях человеческого общества.

4. Законы экологии Г. Коммонера

Известный эколог Гарри Коммонер сформулировал 4 экологических закона, лаконичных и ярких по форме и глубоких по содержанию. Законы Коммонера приобрели большую известность; они имеют важное значение для оценки экосистем - элементарных структурных единиц биосферы.

Первый закон: все связано со всем.

При исследовании экосистем отмечается взаимосвязь между живой и неживой природой, между флорой и фауной, между популяциями растений и животных и т.д. Связи многочисленны и разнообразны. Существуют положительные и отрицательные связи. Одна из таких связей, подмеченных еще в 19 веке, состоит в положительном влиянии кошек, живущих в селе, на урожайность клевера, растущего на близлежащих полях. Чем больше кошек, тем меньше мышей, которые разрушают гнезда

14

шмелей. Чем меньше мышей, тем больше шмелей - опылителей бобовых. Чем больше шмелей, тем выше урожайность опыленного ими клевера.

Второй закон: ничего не дается даром.

Возьмем, к примеру, почву - продукт наземной экосистемы и главный ее компонент. Почва обеспечивает рост и развитие растений и связанных с ними животных. Растения получают из почв продукты минерального питания, имя питаются фитофаги, ими хищники и т.д. Следовательно, растительный и животный мир наземных экосистем своим существованием обязан почве.

Чем же расплачиваются с почвой растения и животные? Они удобряют почву. Органические удобрения состоят из растительного опада и экскрементов животных.

Третий закон: все должно куда-то деваться.

Природные экосистемы, например, лесные, «работают» миллионы лет, и в них отходов, опасных для жизни, не образуется. Отходы одних групп организмов используют другие. Так, например, отходы животных служат элементами минерального питания растений. Отход жизнедеятельности растений - кислород -используется животными для дыхания. Экологические законы функционирования природных экосистем легли в основу концепции о возможности и жизненной необходимости создания безотходных технологий в промышленности и в сельском хозяйстве.

Четвертый закон: природа «знает» лучше.

Природа «знает», как себя воспроизводить, как себя регулировать и сохранять. Примером тому могут служить природные леса, которые воспроизводят и сохраняют себя миллионы лет. Цивилизации можно рассматривать как творения гения человека разумного. Несмотря на большие достижения, современная наука до сих пор еще не познала все тонкости организации природных комплексов. В силу этого люди еще пока

15

не могут регулировать и воспроизводить экосистемы так искусно, как это «делает» сама природа.

5. Место человека в биосферных процессах

Человек снял или частично разрушил практически все природные механизмы популяционного гомеостаза по отношению к своей популяции. Абиотические факторы почти не сказываются на численности. Она практически не регулируется хищниками, паразитами и межвидовыми конкурентными отношениями. Острота внутривидовых взаимоотношений снимается социальными и юридическими нормами поведения. Болезни, уносившие ранее миллионы жизней (оспа, малярии, холера, чума и др.), полностью или в основном локализованы. Болезни цивилизации (сердечнососудистые, онкологические, СПИД и др.) при современных темпах увеличения народонаселения (на 85-90 млн. человек ежегодно) заметно не изменяют тенденций экспоненциального роста численности вида.

Применительно к человеку практически «не работает» принцип территориальности как фактор регулирования численности популяции. Территориальные перемещения ресурсов снимают различия их запасов в пределах обширных регионов. Природно-территориальные (экосистемные) границы все больше заменяются административно-территориальными.

Регулирование плотности человеческой популяции, если оно имеет место, осуществляется за счет осознанного воздействия на рождаемость, а не в ответ на имеющуюся численность, что характерно для биологических популяций.

Отдельные экосистемы и даже их крупные блоки (например, степи, прерии) человек практически полностью уничтожил. В других он серьезно нарушает свойственные им процессы, принципы и закономерности функционирования:

а) цепи питания и экологические пирамиды. В природных экосистемах на высоких звеньях цепей питания не бывает большой

16

продукции, биомассы и численности организмов. Человек нарушил этот принцип по отношению как к своей популяции, так и к другим видам (сортам, породам). Такое несоответствие природным экосистемам стало возможным благодаря присвоению и вложению в системы дополнительной энергии.

Нарушение правил экологических пирамид оказывается неоправданно дорогим. Оно неизбежно сопровождается изменениями в круговоротах веществ, накоплением отходов и загрязнением среды (например, животноводческие комплексы).

Нарушение правил пирамид обуславливается также тем, что потребительские интересы человека вышли за пределы биологических ресурсов в целом.

б) изменение границ экологических ниш. Человек существенно изменяет границы экологических ниш организмов. За этим следует усиление конкуренции и действие правила конкурентного исключения. Конечный результат таких явлений — обеднение видового состава сообществ. Последнее, в свою очередь, расширяет возможности для внедрения в экосистемы несвойственных им видов.

в) воздействие на динамику экосистем Рубки лесов, осушение болот, пожары и другие виды антропогенной деятельности приводят к разрушению или нарушению конечных (климаксных) стадий экосистем, к замене их промежуточными сообществами. Человек нередко поддерживает экосистемы на промежуточных стадиях динамики в течение длительного времени для получения интересующего его эффекта. К примеру, он сохраняет лиственные леса на месте коренных хвойных, поскольку они более ценные в рекреационном (для отдыха) отношении или устойчивые к загрязнениям атмосферы.

17

Иногда наоборот стимулируются сукцессионные процессы для быстрейшего перевода экосистем в завершающие стадии динамики. Все это приводит к снижению устойчивости сообществ.

Одним из масштабных результатов деятельности человека является нарушение механизмов функционирования живого вещества и его функций.

а) контрастность живого вещества. Важным условием постоянства (контрастности) массы живого вещества в биосфере является сохранение условий, обеспечивающих нормальную продуктивность сообществ. Эти условия нарушаются в результате истощения почв, замены более продуктивных экосистем менее продуктивными экосиситемами, отчуждения земель под различные виды строительства и т.п.

За счет повышения человеком продуктивности экосистем, например, окультуривание земель, потери живого вещества не компенсируются;

б) транспортная и рассеивающая функция живого вещества. Эти функции человек изменяет или дополняет, перемещая большие массы продукции в пространстве, нарушая при этом круговороты (например, вынос водным стоком натрия, магния, кальция, калия и азота с площадей вырубок увеличился соответственно в 3; 8; 9; 20 и 100 раз).

в) деструкционная и конструкционная функции. Усиление человеком разрушительных явлений в биосфере происходит в результате извлечения ресурсов из недр, а также использования поверхности литосферы.

Результатом интенсификации концентрационных процессов является накопление на поверхности земли ресурсов или продуктов их переработки в таких объемах, что они выделяются в специфические техногенногеохимические провинции.

Для социальных и связанных с ними техногенных структур характерна низкая экологическая эффективность. Основная часть ресурсов

18

составляет отходы. Такие явления во многом обусловлены несоответствием темпов развития технических и социальных структур.

Период развития биосферы, связанный с деятельностью человека, рассматривают как «ноогенез». Ему предшествовал период «биогенеза». Эти периоды не сопоставимы ни по продолжительности, ни по интенсивности изменения среды и биосферных процессов.

Нарушение временного фактора развития биосферы и среды обитания приводит к несоответствию темпов изменения среды и адаптационных возможностей организмов. Следствием этого является нарушение в соотношении численности отдельных видов (результат неодинаковой адаптивности), снижение устойчивости и продуктивности экосистем, гибель некоторых видов.

Действия человека характеризуются не только нарушением временного фактора в развитии биосферных процессов, но и отчужденностью от природы, подчинением ее своим целям. Чаще всего он выступает как внешний фактор по отношению к экосистемам. Это дает основание говорить о специфической экологической нише человека.

Различают два вида круговоротов веществ: большой, или геологический (между сушей и океаном), и малый, или биологический (в пределах экосистемы). Самостоятельность малого круговорота относительна: он является элементом геологического круговорота. Об изменении последнего под влиянием антропогенных факторов можно судить по выносу с суши в океан продуктов разрушения почв. За последние 50 лет вынос увеличился с 3 млрд. т/год в 40-50-х годах до 4550 млрд. т в конце столетия.

Малые круговороты чаще всего нарушаются в результате несоответствия между количеством веществ, поставляемых в среду, и возможностями организмов по их разложению либо концентрированию. Накопление человеком веществ достигает столь значительных объемов,

19

что даже легко разрушаемые из них (например, отходы животноводческих комплексов) долгое время не включаются в круговороты. Вещества, чуждые организмам-деструкторам выключаются из круговоротов на более длительное время.

Круговорот углерода. Содержащийся в атмосфере углерод (в виде СО) в процессе, фотосинтеза включается в органическое вещество растений и далее в цепи питания. Высвобождение углерода из органического вещества происходит в процессе дыхания организмов. Основная масса углерода высвобождается из мертвого органического вещества организмами-редуцентами. Небольшая часть органического вещества и содержащегося в нем углерода ускользает от круговорота и «уходит в геологию» в виде торфа, угля, нефти и карбонатных отложений в водных экосистемах.

Основное нарушение циклов углерода связано с высвобождением его из геологических структур (горючие ископаемые, известняки), а также в результате изменения площадей и продуктивности лесных и других растительных сообществ, разрушения органического вещества почв и высвобождения из вечномерзлых грунтов при их оттаивании (в виде метана). Часть этого углерода накапливается в атмосфере в форме углекислого газа и метана, обусловливая парниковый эффект.

Круговорот азота. Основным источником данного элемента является атмосфера, откуда в почву, а затем в растительные организмы азот попадает только в результате превращения в усвояемое соединение - нитраты. Последние образуются в основном в результате деятельности организмов-азотфиксаторов. К ним относятся отдельные виды бактерий, сине-зеленых водорослей и грибов (актиномицетов). Частично нитраты образуются при грозовых разрядах и при фотохимических реакциях в атмосфере. Откуда с осадками они попадают в почву.

20